지구의 구성 요소 및 내부 구조 조사 방법 정리

이번 글에서는 지구의 구성요소를 파악하고 내부구조와 조사 방법에 대해 알아보도록 하겠습니다. 지구는 우리 태양계에 있는 약 45억 4천만 년 된 밀집된 중간 크기의 행성입니다. 지각, 맨틀, 핵으로 세 개의 내부 층으로 나누어지며 핵은 외핵과 내핵 두층으로 나누어집니다. 각 층은 매우 다른 특성을 가지고 있으며, 그들 사이의 경계는 중요한 구성적, 물리적 변화를 나타냅니다.

 

1. 지각

지구의 표면은 지각으로 알려져 있고, 그것은 지구에서 가장 얇고 가장 바깥쪽에 있는 층입니다. 지각은 지구 부피의 약 1%만을 차지합니다. 지각은 맨틀의 바로 위에 위치하며 대륙 지각과 해양 지각으로 구성됩니다. 대륙 지각은 지구의 육지 덩어리를 구성하고 화강암으로 이루어져 있습니다. 이 부분은 실리카와 알루미늄이 풍부한 암석이며 해양 지각보다 더 오래되고 두꺼우며 밀도가 낮습니다. 해양 지각은 지구의 바다 밑에서 발견되며 현무암으로 이루어져 있습니다. 규산염과 마그네슘이 풍부한 암석으로 구성되어 있으며 대륙 지각보다 더 젊고 얇으며 밀도가 높습니다. 두께는 8에서 12km까지 다양합니다. 다른 종류의 지각은 밀도가 다르기 때문에 지각은 항상 등정 성 평형을 이루려고 노력합니다. 등정 평형은 지각을 위로 밀어 올리는 부력이 지각을 지구의 중심으로 끌어당기는 중력과 같을 때를 말합니다.

2. 맨틀

맨틀은 지각 바로 아래에 있으며 지구 내부 구조 중 가장 두꺼운 층입니다. 이 층은 지각의 바닥에서부터 깊이가 약 2900 km에 이르며, 행성의 부피 중 80%를 차지합니다. 맨틀은 주로 규산염과 철과 마그네슘 산화물로 구성되어 있습니다. 맨틀의 가장 윗부분이 지각과 결합된 고체 부분은 암석권으로 알려져 있으며 이 암석권은 맨틀 위에서 움직이는 지각판으로 나누어집니다. 밑에 있는 맨틀은 더 높은 온도를 받기 때문에 부분적으로 녹습니다. 이 부분적으로 녹은 맨틀 상부는 대기권으로 알려져 있으며 두께는 약 350 km입니다. 부분적으로 녹는 현상은 행성의 중심으로 갈수록 온도가 높아지기 때문에 맨틀 내부에서 더 깊게 일어나게 됩니다.

맨틀의 대류

대류는 유체에서 발생하는 열전달의 한 종류입니다. 맨틀에서 열전달은 용해된 두 영역 사이에 상당한 온도 차이가 있을 때 발생합니다. 대류는 맨틀 바닥의 뜨거운 물질이 밀도의 감소로 인해 상승할 때 발생합니다. 그러고 나서 그것은 암석권의 바닥을 따라 이동하며 식게 됩니다. 식으면서 밀도가 높아지고 맨틀로 다시 가라앉습니다. 이 반복되는 과정을 맨틀의 대류라고 부릅니다. 이러한 대류는 위에 있는 지각판을 움직이는 원동력이 됩니다. 연약권(Asthenosphere)은 부분적으로 녹아서 암석권 바로 아래에 있는 상부 맨틀의 하부를 말합니다.

 

3. 외핵과 내핵

맨틀의 밑부분에는 구성이 변화되는 경계가 있습니다. 맨틀의 규산염 광물은 지구의 중심핵을 구성하는 금속 철, 니켈 물질과 인접해 있습니다. 지구의 중심부는 온도가 섭씨 5,000도가 넘을 정도로 매우 뜨겁습니다. 비록 중심핵이 지구 부피의 약 6분의 1을 차지하지만, 지구 무게의 약 3분의 1을 차지합니다. 이것은 중심부가 매우 밀도가 높기 때문입니다. 반지름은 약 3486 km이며, 바깥쪽 중심부와 안쪽 중심부의 두 개의 구로 나누어집니다. 외핵은 맨틀 아래에 있는 지구의 내부 구조 안에 있는 액체 상태의 철과 니켈 층을 말합니다. 내핵은 지구 내부구조의 가장 중 심층이며 고체 철과 니켈로 구성되어 있습니다. 내핵의 두께는 약 2100km이며, 철과 니켈로 이루어져 있으며, 밀도는 약 10g/cm3입니다. 외핵은 지구의 중심에 있는 높은 온도 때문에 액체 상태입니다. 이러한 액체 금속들의 움직임은 전기를 발생시키며 자성을 유도하고  지구의 자기장을 만들게 됩니다. 내핵의 반지름은 1386 km이며, 고체의 철과 니켈의 혼합물로 밀도는 약 14 g/cm3입니다. 내핵은 지구의 중심부에서 받는 매우 높은 압력으로 인해 고체 상태이며, 대략 360만 기압을 받습니다. 외핵의 압력은 내핵보다 작습니다. 이로 인해 액체가 존재하도록 허용되는데 이것은 두 층의 물리적 상태의 차이를 설명합니다.

 

4. 지질학자들이 지구 내부를 조사하는 방법

지구 내부 구성 요소의 구성 및 물리적 특성을 결정하는 것은 어렵습니다. 지구의 지각은 두께가 60km를 넘을 수 있고 인간은 겨우 12km를 뚫을 수 있었습니다. 다시 말해 인간은 지구의 내부 구성요소 대부분을 직접 조사할 수 없다는 것을 의미 한합니다. 대신에 지질학자들은 지각 아래에 무엇이 있는지 발견하기 위해 간접적인 방법을 사용합니다. 지구의 더 깊은 내부 층을 조사하는 데 사용되는 주요 간접적인 방법은 지진 데이터를 사용하는 것입니다. 지진으로 인한 지진파는 지구를 통과할 때 관측할 수 있습니다. 이러한 지진파의 움직임은 지질학자들이 내부 층의 물리적 상태를 결정하는 것을 도와줄 수 있습니다. 예를 들어, 지진파를 사용하는 것은 지구의 어떤 내부 구성 요소가 액체이고 어떤 것이 고체인지를 식별하는 데 도움이 되었습니다.